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Saisonale Sensitivität von Ökosystemfunktionen in einer sich erwärmenden Arktis (Svalbard

Die Bedeutung des Atlas für die Zugrouten von paläarktischen Singvögeln

Die kürzeste Route zwischen Brutgebiet und Überwinterungsquartier liegt auf einem Großkreis und sollte von den Vögeln bevorzugt werden. Danach müssten europäische Singvögel in ihre südlich gelegenen Winterquartiere direkt nach Süden ziehen. Jede Abweichung von dieser Route bedeutet, dass die Vögel einen Umweg machen. Offensichtlich ziehen die meisten europäischen Singvögel nicht nach Süden, sondern in südwestliche und südöstliche Richtung und meiden auf diese Weise die Überquerung der Alpen. Das Zugverhalten in Bezug zur Barriere der Alpen ist gut untersucht, nicht dagegen zu weiter südlich gelegenen Barrieren. Völlig unerforscht ist der Atlas in seiner Wirkung auf den Vogelzug. Für ihn liegen sich widersprechende Hypothesen vor, nach denen er auf dem Herbstzug entweder überquert oder umflogen wird. Auf dem Frühjahrszug lassen die mittleren Zugrichtungen in Gibraltar die Überquerung des Atlas erwarten, doch ist wegen der Größe der ökologischen Barriere ebenso eine Umgehung denkbar. Mit Hilfe von Radarstationen, die entlang einer W-E gerichteten Achse im Norden des Atlas errichtet werden, sollen die Zugrichtungen der nächtlich ziehenden paläarktischen Singvögel untersucht werden.

Winterliche Wachstumsbedingungen und Nahrungsökologie des Zooplanktons der eisbedeckten Ostsee

Weite Teile der nördlichen Ostsee sind im Winter für mehrere Monate von Meereis bedeckt. Wie in Arktis und Antarktis stellt das solegefüllte Kanalsystem im Eis den Lebensraum für eine diverse Flora und Fauna dar. Bereits im Februar beginnen die Eisalgen zu wachsen und hohe Biomassen im Eis aufzubauen. In den Polargebieten wird diese saisonal früh vorhandene und lokal hoch konzentrierte Nahrungsquelle von herbivoren, pelagischen Zooplanktern genutzt, die somit eine trophische Verbindung zwischen den beiden Lebensräumen Meereis und Pelagial herstellen. Auch in der Ostsee kommen v.a. Copepoden unter dem Meereis vor. Die Art Acartia biflosa reproduziert sogar während der Wintermonate, obwohl Temperatur und Algenbiomasse während der eisbedeckten Zeit in der Wassersäule sehr niedrig sind. Hieraus ergeben sich folgende Fragestellungen: 1. Welche biotischen und abiotischen Wachstumsbedingungen charakterisieren das baltische Untereis-Habitat? 2. Was sind die Energiequellen für die Entwicklung im Winter dominanter Arten? 3. Gibt es in der eisbedeckten Ostsee vergleichbare Prozesse wie in Arktis und Antarktis? Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erfassung der ökologischen Bedeutung des Meereises für die saisonalen Lebenszyklen und Überwinterungsstrategien des Zooplanktons der nördlichen Ostsee.

Hochaufgelöste numerische Untersuchungen des Turbulenzeffektes auf die Struktur von nächtlichen Strahlungsnebeln

Nebel als meteorologisches Phänomen kann große Auswirkungen für die Wirtschaft, aber auch auf die persönliche Sicherheit haben, indem er die Sichtweite in der atmosphärischen Grenzschicht reduziert. Wirtschaftliche Verluste für den Luft-, See-, und Landvekehr als Folge von Nebel sind dabei vergleichbar zu Verlusten durch Winterstürme. Trotz der Fülle an Literatur über Nebel bleibt unser Verständnis der physikalischen Prozesse die zu Nebelbildung und seiner Mikrophysik beitragen unvollständig. Dies ist dadurch begründet, dass mehrere komplexe Prozesse, wie z.B. Strahlungsabkühlung, turbulentes Durchmischen und die mikrophysikalischen Prozesse nichtlinear miteinander interagieren. Zusätzlich verkomplizieren Bodenheterogenitäten bezüglich Vegetation und Bodeneigenschaften die Vorhersagbarkeit von Nebel. Die Fähigkeit von numerischen Wettervorhersagemodellen Nebel vorherzusagen ist in Folge dessen noch dürftig. In diesem Projekt werden hochaufgelöste Grobstruktursimulationen (Large-Eddy Simulationen, LES) verwendet um den Effekt von Turbulenz auf nächtliche Strahlungsnebel zu untersuchen. Das LES Modell PALM wird dazu mit einer sehr hohen Auflösung von etwa 1 m verwendet. Dabei werden in den LES sowohl ein Euler'sches Bulk Wolkenphysikschema, als auch ein Lagrange'sches Partikelmodell, welches die explizite Behandlung von Aerosolen und Nebeltropfen erlaubt, verwendet. Dieser innovative Ansatz erlaubt die Nebeltropfen-Turbulenz-Interaktion zum ersten Mal mit LES zu untersuchen. Das Ziel dieser Studie ist es, einen umfassenden Überblick über die Schlüsselparameter zu erhalten, welche den Lebenszyklus sowie die dreidimensionale Makro- und Mikrostruktur von Strahlungsnebel bestimmen. Weiterhin wird der Effekt von nächtlichem Strahlungsnebel auf die morgendliche Übergangszeit und die Grenzschicht am Tag untersucht. Der Effekt von Bodenheterogenitäten auf nächtlichen Strahlungsnebel wird mit Hilfe von aufgeprägten regelmäßigen idealisierten und unregelmäßigen beobachteten Bodenheterogenitäten in den LES untersucht. Die LES Daten werden anhand von Messdaten der meteorologischen Messstandorte in Cabauw (Niederlande) und Lindenberg (Deutschland) validiert und mit Simulationsdaten des eindimensionalen Grenzschicht- und Nebelvorhersagemodells PAFOG (Universität Bonn) verglichen.

Biodiversity and associated ecosystem services in small vs. large scale agriculture

Biodiversity conservation cannot rely on protected areas alone, as sustainable conservation requires strategies for managing whole landscapes including agricultural areas. Organic farming in Germany may contribute strongly to the protection of biodiversity and to sustainability of agriculture through enhancing ecosystem services. However, the effectiveness of this agri-environmental management is highly dependent on landscape structure. The main objective of this study is to compare the effectiveness of organic cereal management in small vs. large scale agriculture through measure of the diversity of plants and arthropods and associated ecosystem services, such as seed predation, insect predation, aphid parasitism and pollination. Pairs of organic and conventional winter wheat fields will be selected in small vs. large scale agricultural landscapes along the former inner German border, i.e. in West vs. East Germany. This study design enables a unique experiment, where it would be possible to disentangle the effects of landscape composition and configuration heterogeneities in the same study region and to study how these affect the effectiveness of organic management. The detailed analyses of the expected valuable data could provide significant results (published in high ranked, international scientific journals), and contribute to the development of the existing

Unraveling the genetic architecture of winter hardiness and quality traits in durum by genome wide and canidate gene based association mapping

Durum wheat is mainly grown as a summer crop. An introduction of a winter form failed until now due to the difficulty to combine winter hardiness with required process quality. Winter hardiness is a complex trait, but in most regions the frost tolerance is decisive. Thereby a major QTL, which was found in T. monococcum, T.aestivum, H. vulgare and S.cereale on chromosome 5, seems especially important. With genotyping by sequencing it is now possible to make association mapping based on very high dense marker maps, which delivers new possibilities to detect main and epistatic effects. Furthermore, new sequencing techniques allow candidate gene based association mapping. The main aim of the project is to unravel the genetic architecture of frost tolerance and quality traits in durum. Thereby, the objectives are to (1) determine the genetic variance, heritability and correlations among frost tolerance and quality traits, (2) examine linkage disequilibrium and population structure, (3) investigate sequence polymorphism at candidate genes for frost tolerance, and (4) perform candidate gene based and genome wide association mapping.

Schutz und Wiederansiedlung von Seegraswiesen in der südlichen Ostsee, Vorhaben: Hochskalierung von Seegras-Renaturierung mittels Aussaat-basierten Methoden

Experimentelle Untersuchung der Steuerung des Zugverhaltens bei Vögeln mit Hilfe der Satelliten-Telemetrie

Das Hauptziel des Projektes besteht darin, mit Hilfe der Satelliten-Telemetrie die genetischen Grundlagen des Zugverhaltens von Vögeln erstmals im Zusammenhang mit experimenteller Manipulation im Freiland zu untersuchen. Als Modellart soll die Heringsmöwe (Larus fuscus) dienen, deren Unterarten L.F. intermedius und L.f. fuscus sich durch geographisch deutlich differenziertes Zugverhalten auszeichnen. Zum einen soll der soziale Einfluss auf die Zugrichtung durch ein Verfrachtungsexperiment von Eiern/Jungvögeln zwischen zwei Populationen mit unterschiedlichen Zugrichtungen untersucht werden. Zum anderen geht es um die Aufklärung des Vererbungsmodus der Zugrichtung durch ein Kreuzungsexperiment von Vertretern dieser Populationen. In beiden Fällen sollen die experimentell manipulierten (d. h. die verfrachteten bzw. in Gefangenschaft erbrüteten) Jungvögel sowie eine gleich große Zahl von Kontrollvögeln mittels Satelliten-Telemetrie auf ihrem ersten Wegzug ins Winterquartier verfolgt werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Genetische Ursachen des Schossens in Beta Arten und die Züchtung von Winterzuckerrüben

Zuckerrüben sind zweijährige Pflanzen, die nach einer längeren Phase niedriger Temperaturen mit dem Schossen beginnen. Damit sind sie für eine Aussaat vor dem Winter ungeeignet. Schossresistente Winterrüben haben theoretisch ein deutlich höheres Ertragspotenzial und könnten so zu einer interessanten Alternative für die Rübenproduktion werden. Neulich wurden von uns zwei wesentliche Schossregulatoren identifiziert (BTC1 und BvBBX19). Vermutlich regulieren beide gemeinsam die Expression der stromabwärts gelegenen Blühgene BvFT1 und BvFT2. In diesem Projekt werden diese Schossregulatoren in Zusammenarbeit mit Projektpartnern im SPP1530 sowohl in Zuckerrübe als auch in transgenen Arabidopsis-Pflanzen funktionell analysiert. Während BTC1-überexprimierende Zuckerrüben mit einer Transgen-Kopie nach Winter schossen, ist in transgenen Pflanzen mit größer als 1 Kopie die BTC1-Expression nahezu vollständig herunterreguliert, so dass diese auch nach Winter nicht schossen. Als Grund vermuten wir Cosuppression des nativen Gens durch die neu hinzugefügten Kopien. Diese Ergebnisse stellen eine gute Grundlage für die Züchtung von Winterzuckerrüben dar. Innerhalb dieses Projektes werden Hybriden erzeugt, die über zwei BTC1- Transgene verfügen und in denen durch Cosuppression die Expression aller BTC1-Kopien stark herunter reguliert wird. Im Folgenden werden diese Hybriden in der Klimakammer, im halboffenen Gazehaus sowie unter Feldbedingungen über Winter angebaut. Parallel dazu werden in einem zweiten Experiment doppelt rezessive btc1 und Bvbbx19 Zuckerrüben mit einer deutlich ausgeprägten Schossverzögerung nach Winter erzeugt. Da diese Pflanzen nicht transgen sind, können sie ohne weiteres von Züchtern genutzt werden. Darüber hinaus ziehen wir Zuckerrüben unter standardisierten Bedingungen in einer Klimakammer an, um aus den Sproßmeristemen RNA zu isolieren. Diese Arbeiten sind Grundlage für ein Phylotranskriptom-Experiment, welches von dem Partner Prof. I. Grosse im Rahmen des SPP 1530 koordiniert wird.

Aerosole und Nebel im südlichen Afrika: Prozesse und Auswirkungen auf die Biogeochemie (AEROFOG)

Das südliche Afrika ist einer der Hotspots des Klimawandels. In Namibia treten einige der extremsten Klimaregime der Welt auf, vom kalten Benguela-Strom zur hyperariden Küstenwüste Namib. Nebel und niedrige Wolken sind typische Erscheinungen der Region. Sie beeinflussen die Küstenregion und liefern weiter landeinwärts einen höheren Beitrag zum Wasservolumen als Niederschlag. Nebel und niedrige Wolken spielen damit eine zentrale Rolle in der Bereitstellung kritischer limitierender natürlicher Ressourcen in empfindliche Ökosysteme: Wasser, Nährstoffe und Licht. Das wissenschaftliche Verständnis der mikrophysikalischen und chemischen Mechanismen der Bildung, Zusammensetzung und letztlich der Aufnahme und Verteilung von Aerosol-Nährstoffen ist jedoch noch unvollständig. Um die bestehenden Verständnislücken zu schließen wird hier mit dem AEROFOG-Projekt ein interdisziplinärer Ansatz vorgeschlagen, der Atmosphärenwissenschaften, Fernerkundung und Ökologie umfasst. Eine solch umfassende Betrachtung der Materie ist unverzichtbar. AEROFOG zielt auf ein verbessertes Verständnis des Einflusses von Aerosolen auf Nebelentwicklung, dessen chemische Zusammensetzung und seinen Einfluss auf die lokale Biogeochemie. Dabei werden detaillierte Messungen von Aerosol, Deposition und Nebelchemie sowie mikrophysikalischer Größen bei zwei intensiven Feldmesskampagnen im Süd-Winter und Süd-Sommer an Küsten- und Wüstenstationen durchgeführt, um eine große Anzahl von verschiedenartigen Nebelereignissen erfassen zu können. Zusätzlich werden Studien zur Wirkung von Nebel auf die lokale Biogeochemie und insbesondere endemische Pflanzenarten durchgeführt. Diese Messungen stellen die Grundlage für Multiphasen-Prozess-Modellierung der Aerosol-Nebel-Interaktionen dar, womit ein neues Verständnis von Nebel-Mikrophysik und -Chemie erzielt wird. Aus zeitlich hochaufgelösten Satellitendaten werden räumliche und zeitliche Muster der Nebelverteilung ermittelt und mit den Modell- sowie experimentellen Erkenntnissen verschnitten. Zusammengenommen wird mit diesem interdisziplinären und kooperativen Projekt eine Reihe von Erkenntnislücken geschlossen und werden erstmalig Einsichten in die Verteilung und Eintragung nebelgetragener Nährstoffe in ariden Ökosystemen wie der Namib gewonnen und damit eine wichtige Grundlage für Klimaprojektionen und Ökosystemgesundheit gelegt.

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